DE102004060495A1 - Verfahren zum kontrollierten Be- und Entlüften sowie kontrollierten Erwärmen und Kühlen eines Gebäudes sowie entsprechende Vorrichtung - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum kontrollierten Be- und Entlüften sowie kontrollierten Erwärmen und Kühlen eines Gebäudes (20) vorgeschlagen, wobei in das Gebäude (20) zu leitende Zuluft (Z) mit Hilfe von wärmerer Spülluft (S) erwärmt und entfeuchtet wird und anschließend mittels feuchter und abgekühlter, aus dem Gebäude (R) zu leitender Fortluft (F) mit Hilfe eines Kreuzwärmetauschers (7) kontrolliert abgekühlt sowie befeuchtet wird. Gleichfalls wird eine entsprechende Vorrichtung vorgestellt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontrollierten Be- und Entlüften sowie kontrollierten Erwärmen und Kühlen eines Gebäudes sowie eine entsprechende Vorrichtung als auch ein Gebäude mit einer derartigen Vorrichtung.
  • Ein sorgsamer Umgang mit den vorhandenen Energieresourcen erfordert, Maßnahmen zu ergreifen, um Gebäude energetisch vorteilhaft zu beheizen und zu kühlen sowie deren Feuchtegehalt zu regulieren und bei alledem einen hohen Komfort zu gewährleisten. Gebäude können hierbei verschiedenste Wohnhäuser, Bürogebäude etc. sein. Bisher ist jedoch noch kein in allen Belangen schlüssiges Konzept entwickelt worden, um den konsequenten Weg zu einer sog. Nullenergiekostenlösung zu beschreiten. Unter einer solchen Lösung ist zu verstehen, daß möglichst wenig oder gar keine fossile Brennstoffe bei der kontrollierten Be- und Entlüftung sowie der Temperaturkontrolle eingesetzt werden.
    •
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Weg in Richtung einer zukunftsweisenden Immobilie mit intelligenter Gebäudetechnik aufzuzeigen.
  • Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, indem in das Gebäude leitende Zuluft mit Hilfe von wärmerer Spülluft erwärmt und entfeuchtet wird und anschließend mittels feuchter und abgekühlter, aus dem Gebäude zu leitender Fortluft mit Hilfe eines Kreuzwärmetauschers kontrolliert abgekühlt sowie befeuchtet wird. Die Aufgabe wird weiter hin bei einer entsprechenden Vorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 11 gelöst.
  • Die Vorteile der Erfindung sind insbesondere darin zu sehen, daß die von außen in das Gebäude zu leitende Zuluft zunächst mit Hilfe einer ebenfalls von außen kommenden Spülluft, entfeuchtet wird. Dieser Entfeuchtungsprozeß wird dadurch ermöglicht, daß die Spülluft zuvor erwärmt wurde. Die Zuluft wird demnach nicht nur entfeuchtet, sondern auch mit Hilfe der Spülluft erwärmt. Die Spülluft kann nach Wärmeübertragung an die Zuluft zur Außenumgebung hin abgegeben werden. Die Zuluft hingegen weist nach diesem Prozeß eine höhere Temperatur (z.B. 60°C) sowie eine geringere Feuchte als ursprünglich auf und ist somit insgesamt energieärmer als zu Beginn des Prozesses.
  • Die Zuluft wird anschließend mit der aus dem Gebäude zu leitenden Fortluft in einen Kreuzwärmetauscher geleitet, so daß die Zuluft auf eine niedrigere Temperatur voreingestellt werden kann. Ein Kreuzwärmetauscher weist eine große Fläche auf, welche im Gegenstrom von der Zuluft und der Fortluft angeströmt wird. Ein Kreuzwärmetauscher bietet zudem den Vorteil, daß die Zuluft nicht mit der Fortluft in direkten Kontakt kommt, so daß in diesem Fall kein Zigarettenrauch oder Keime aus der Fortluft wieder in das Gebäude transportiert werden können.
  • Vor dem Kreuzwärmetauscher wird die Fortluft mit Vorteil befeuchtet, wobei ihr Energiegehalt steigt. Da sich die Fortluft gleichzeitig abkühlt, wird die Zuluft von der Fortluft in dem Kreuzwärmetauscher zudem gekühlt, beispielsweise auf 20°C.
  • Anschließend muß noch der Feuchtegehalt und die präzise gewünschte Temperatur der Zuluft eingestellt werden, was vorzugsweise mittels eines Befeuchters realisiert wird, der auf dem Prinzip der Verdunstungskühlung basiert. Die somit auf eine bestimmte Feuchte (z.B. 40%) und Temperatur (z.B. 18°C) eingestellte Zuluft kann dann zu den ausgewählten Räumen des Gebäudes geleitet werden.
  • Die Fortluft kann nach Durchlaufen des Kreuzwärmetauschers an die Außenumgebung abgegeben bzw. ausgeblasen werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung bietet es sich hingegen an, den vorhandenen Energiegehalt der Fortluft noch auszunutzen. Bevorzugt kann mit der Fortluft eine Wärmepumpe betrieben werden, welche beispielsweise Brauchwasser in einem Boiler erwärmen kann. Weist die Fortluft nach Passieren des Kreuzwärmetauschers beispielsweise noch eine Temperatur von 12°C auf, kann sie noch auf z.B. –15°C herunter gekühlt werden, um die hierbei frei werdende Energie zum Aufheizen des Brauchwassers zu verwenden. Selbstverständlich kann auch eine Zusatzheizung für das Brauchwasser installiert werden.
  • Besonders bevorzugt wird die Zuluft mit Hilfe der Spülluft durch Sorptionstechnologie entfeuchtet. Hierzu wird bevorzugtermaßen ein Sorptionsrad eingesetzt, welches langsam rotiert und die Zuluft entfeuchtet. Zu diesem Zweck wird beispielsweise Silicagel als Sorptionsmittel im Sorptionsrad verwendet, welches die Feuchte der Zuluft bindet und auf der anderen Seite des Sorptionsrades an die Spülluft wieder abgibt. Die Feuchteabgabe seitens des Sorptionsmittels an die Spülluft kann gesteigert werden, indem das Sorptionsrad entsprechend erwärmt wird. Die Wärmeenergie kann hierbei von der erwärmten Spülluft selbst und/oder von beispielsweise zugeführtem warmem Wasser stammen, welches in einem Kreislauf umläuft. Derart solartechnisch erwärmtes Wasser kann demnach das Sorptionsrad und/oder die Spülluft selbst erwärmen. Alternativ oder zusätzlich können ein Verbrennungsofen und hierbei bevorzugt ein mit Pressholzstückchen betriebener Pelletofen und/oder Abwärme eines Blockheizkraftwerkes und/oder andere Wärmequellen eingesetzt werden, um Wasser in einem oder mehreren Wasserkreisläufen zu erwärmen. Bevorzugt wird zudem mindestens ein Wassertank eingesetzt, welcher als Wärmespeicher dient und erwärmtes Wasser schnell zur Verfügung stellen kann.
  • Eine Solaranlage zum Erwärmen der Spülluft bietet des weiteren den Vorteil, daß sie im Winter zum Heizen der Räume eingesetzt werden kann, zumindest unterstützend neben einer anderen Energiequelle. Findet beispielsweise ein Pelletofen (oder mehrere – je nach Gebäudegröße) Verwendung, können Pelletofen und Solaranlage zusammen ohne weiteres ausreichen, um angenehme Innentemperaturen im Winter zu erzeugen.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung, welche auch ein Gebäude mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. nach einem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitet, umfaßt, sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet.
    •
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand der einzigen Figur näher erläutert, welche schematisch die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren zeigt. Mit dem gestrichelten Vieleck ist hierbei die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 angedeutet, welche im weiteren anhand des Verfahrensablaufs erklärt werden soll. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird Zuluft Z in die Vorrichtung 1 geleitet (hier und im folgenden wird nicht näher auf die für die Führung der verschiedenen Luftströme notwendigen Leitungen eingegangen; sie sind der Einfachheit halber nicht dargestellt) und mit Mitteln 5 zum Entfeuchten und Erwärmen in Kontakt gebracht. Dieses Mittel 5 ist vorliegend ein Sorptionsrad 5, auf dessen einer Seite die Zuluft Z und dessen anderer Seite Spülluft S strömt, die ebenfalls von der Außenumgebung stammt. Die feuchte Zuluft Z gibt beim Passieren des Sorptionsrades Wasser an dessen Sorptionsmittel (z.B. Silicagel) ab und wird hierbei zugleich erwärmt. Aufgrund der Drehung des Rades 5 wird die Feuchtigkeit der Zuluft Z auf die andere Seite des Sorptionsrades 5 transportiert, wo die Spülluft S diese Feuchtigkeit aufnimmt. Die Sorptionsmittel des Rades 5 kann nach Weitergabe der Feuchtigkeit erneut Feuchte von der Zuluft Z aufnehmen und nach kurzer Zwischenspeicherung an die Spülluft S abgeben. Die Feuchte des Sorptionsrades 5 kann alternativ oder zusätzlich durch her kömmliches Heizen und/oder durch Solarenergie (s. unten) vermindert werden, um dessen Aufnahmekapazität für Feuchte wieder herzustellen.
  • Die Effizienz des Feuchteübergangs von der Zuluft Z zur Spülluft S wird dadurch gesteigert, daß die Spülluft S zuvor erwärmt wird und somit warm und trocken ist. Diese Erwärmung wird bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel mittels einer Sonnenkollektoranordnung 13 realisiert, die in einem Kreislauf 14 umlaufendes Wasser erwärmt, welches in einem Wassertank 4 gespeichert wird. Das Wasser aus dem Wassertank 4 fließt in einem Wasserkreislauf 12 um und kann in einer Wärmeübertragungszone 3 einen Teil der Wärme an die Spülluft S abgeben.
  • Zusätzlich ist vorliegend ein Verbrennungsofen 17 vorgesehen, welcher beispielsweise bei bedecktem Himmel und somit ineffizienter Kollektoranordnung 13 das in einem Kreislauf 18 umlaufende Wasser erwärmt, welches wiederum in dem Wassertank 4 gespeichert wird. Der Verbrennungsofen 17 ist vorzugsweise als Pelletofen ausgebildet, der in kleine Formstücke gepreßtes Holz verbrennt. Gleichzeitig kann die Wärme des Pelletofens 17 – wie in der Figur angedeutet – als Wärmequelle für einen oder mehrere Räume des Gebäudes 20 dienen. In dem Gebäude 20 ist vorteilhafterweise ein (nicht dargestellter) Vorratsbehälter für die Pellets vorgesehen, wobei der Ofen 17 bei Bedarf vorzugsweise über ein Leitungssystem automatisch mit den Pellets versorgt wird. Hierzu ist mit Vorteil ein entsprechendes elektronisches Regelsystem vorgesehen. Auch die Luftzufuhr für den Brennvorgang wird vorzugsweise geregelt.
  • Das erwärmte Wasser in dem Wassertank 4 kann gleichfalls zur Entfeuchtung des Sorptionsrades 5 herangezogen werden, indem warmes Wasser über einen Kreislauf 16 zum Rad 5 geleitet wird und dort die Feuchte durch Verdunstung entfernt.
  • Nach Passieren des Sorptionsrades 5 wird die Spülluft S wieder in die Außenumgebung geleitet, während die Zuluft Z zu einem als Wätrmerückgewinner dienenden Kreuzwärmetauscher 7 geführt wird, in welchem die trockene, warme Zuluft Z Wärme mit der aus dem Gebäude 20 zu leitenden kühleren Fortluft F austauscht. Der Vorteil des Kreuzwärmetauschers 7 liegt insbesondere darin, daß die Luftströme von Zuluft Z und Fortluft F entlang großer Flächen sowie im Gegenstrom und hierbei insbesondere getrennt geführt sind und somit kein Rauch, Bakterien oder andere störende oder gesundheitsschädliche Stoffe aus der Fortluft F in das Gebäude 20 zurückgeleitet werden.
  • Bevor die kühlere Fortluft F in den Kreuzwärmetauscher 7 geleitet wird, wird ihr Feuchtegehalt in einem Befeuchter 9 erhöht und gleichzeitig ihre Temperatur weiter abgesenkt. Nach Durchlaufen des Kreuzwärmetauschers 7 wird die Fortluft F aus dem Gebäude 20 geleitet. Die Zuluft Z ihrerseits wird in dem Kreuzwärmetauscher 7 gekühlt und im Anschluß daran einem Befeuchter 11 zugeführt, in welchem sie durch Verdunstungskühlung auf den gewünschten Raumluftzustand eingestellt wird.
  • Die Restwärme der Fortluft F kann vor deren Ablassen an die Außenumgebung noch genutzt werden, beispielsweise in einer (nicht dargestellten) Wärmepumpe, um Brauchwasser in einem Boiler zu erwärmen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung sind sowohl im Sommer als auch im Winter einsetzbar. Im Sommer tritt warme, feuchte Zuluft Z in das System ein, welche gekühlt und entfeuchtet werden muß. Im Winter hingegen wird kalte, trockene Zuluft Z in die Vorrichtung 1 geleitet, welche zu befeuchten und erwärmen ist. In beiden Fällen wird die Zuluft F zunächst mittels des Sorptionsrades 5 (weiter) entfeuchtet und erwärmt, anschließend im Kreuzwärmetauscher 7 ab- bzw. vorgekühlt und sodann im Befeuchter 11 kontrolliert befeuchtet und auf die gewünschte Endtemperatur abgesenkt wird.

Claims (16)

  1. Verfahren zum kontrollierten Be- und Entlüften sowie kontrollierten Erwärmen und Kühlen eines Gebäudes (20), wobei in das Gebäude (20) leitende Zuluft (Z) mit Hilfe von wärmerer Spülluft (S) erwärmt und entfeuchtet wird und anschließend mittels feuchter und abgekühlter, aus dem Gebäude (R) zu leitender Fortluft (F) mit Hilfe eines Kreuzwärmetauschers (7) kontrolliert abgekühlt sowie befeuchtet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spülluft (S) mit Hilfe einer Solaranlage, vorzugsweise einer Sonnenkollektoranlage (13), die vorzugsweise am Gebäude (20) angebracht ist, erwärmt wird.
  3. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spülluft (S) mittels einer konventionellen Heizung erwärmt wird, beispielsweise einem Verbrennungsofen (17) in Gestalt z.B. eines Pelletofens oder durch Abwärme eines Blockheizkraftwerkes o.ä..
  4. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spülluft (S) über einen Wasserkreislauf (12) erwärmt wird, dessen Wasser z.B. von einer Sonnenkollektoranlage (13) und/oder einer konventionellen Heizung (17) erwärmt wird.
  5. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß solartechnisch und/oder konventionell erwärmtes Wasser in einem Wassertank (4) gespeichert wird.
  6. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuluft (Z) in einem Sorptionsrad (5) Feuchte entzogen wird, wobei das Sorptionsrad (5) durch die zuvor erwärmte Spülluft (S) erwärmt wird.
  7. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sorptionsrad (5) durch warmes, in einem Kreislauf (16) fließendes warmes Wasser erwärmt wird.
  8. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fortluft (F) befeuchtet wird, bevor sie mit der Zuluft (Z) Wärme austauscht.
  9. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuluft (Z) im Anschluß an den Kreuzwärmetauscher (7) befeuchtet wird, bevor sie in Gebäuderäume geleitet wird.
  10. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Restwärme der Fortluft (F) nach Durchlaufen des Kreuzwärmetauschers (7) noch weiter genutzt wird, beispielsweise zur Brauchwassererwärmung.
  11. Vorrichtung zum kontrollierten Feuchte- und Wärmeaustausch zwischen Luftströmen (Z, S, F) zum Einsatz für ein Gebäude (20), mit Leitungen zum Zuführen von Zuluft (Z), Leitungen zum Zu- und Abführen von Spülluft (S) sowie Leitungen zum Abführen von Fortluft (F), mit Mitteln (3, 4, 12, 13, 14, 17, 18) zum Erwärmen der Spülluft (S), Mitteln (5) zum Entfeuchten und damit Erwärmen der Zuluft (Z) mit Hilfe der Spülluft (S), einem Befeuchter (9) zum Befeuchten und damit Kühlen der Fortluft (F), einem Kreuzwärmetauscher (7), dem die zuvor erwärmte Zuluft (Z) und die zuvor gekühlte Fortluft (F) zugeführt und in welchem die Zuluft (Z) abge kühlt wird, sowie einem Befeuchter (11) zum Befeuchten der abgekühlten Zuluft (7) vor deren Einlaß in Gebäuderäume.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (5) zum Entfeuchten der Spülluft (Z) ein Sorptionsrad (5) umfassen, auf deren einen Seite die Zuluft (Z) und deren anderen Seite die Spülluft (S) strömt.
  13. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (3, 4, 13, 14, 17, 18) zum Erwärmen der Spülluft (S) eine Sonnenkollektoranlage (13) umfassen.
  14. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (3, 4, 12, 13, 14, 17, 18) zum Erwärmen der Spülluft (S) einen Verbrennungsofen (17), vorzugsweise einen Pelletofen, und/oder eine Einrichtung zum Ausnutzen von Abwärme, beispielsweise aus einem Blockheizkraftwert, umfassen.
  15. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (3, 4, 12, 13, 14, 17, 18) zum Erwärmen der Spülluft (S) mindestens einen Wasserkreislauf (14, 18) sowie mindestens einen Wassertank (4) umfassen, um z.B. durch die Wärme des Wassers das Sorptionsmittel des Sorptionsrad (5) zu entfeuchten und/oder die Spülluft (S) zu erwärmen.
  16. Gebäude mit einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche.
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